一种基于离散数学的安全壳穹顶重心计算方法

2019-04-20李盈春蒋韦锋李勇

中小企业管理与科技 2019年6期

李盈春，蒋韦锋，李勇

（深圳中广核工程设计有限公司，广东深圳518172）

1 引言

核电厂的安全壳穹顶是反应堆安全壳的承压边界，承担着反应堆厂房内可能发生的放射性物质泄漏包容的重任，是核电厂纵深防御系统的第三道屏障，其完整性关乎整个核电厂的安全。此外，根据核电厂安全配置及系统设计需要，通常在穹顶内侧布置有大量的暖通设备及电仪设备、工艺管道及相应的支撑等安全设施，例如，用于缓解事故后效应的安全壳喷淋系统等。现场安装时，这些安全设施与穹顶钢衬里结构一起作为一个穹顶吊装单元整体进行吊装。然而，为确保穹顶吊装的平衡，必须确保吊装受力点与穹顶吊装单元的重心处于同一竖直线。但实际上，但出于安全配置需要，布置在穹顶内侧的安全设施其布置并未完全均匀分布于穹顶内侧，例如暖通的进、出风设备，用于安全壳内大气环境的检测设备等，从而造成了整个穹顶吊装单元重心并未处于穹顶吊装单元的几何中心。当前，各核电施工项目均是通过计算穹顶吊装单元的理论重心位置，然后依据理论重心位置相对几何中心位置的偏差，在穹顶起吊前完成配重，从而调整整个穹顶吊装单元的重心，确保与几何中心一致。因此，穹顶的理论重心位置计算至关重要。

图1 核电厂安全壳穹顶吊装

穹顶结构由钢板拼接而成的穹顶钢衬里及生根于钢衬里内侧的安全设施两大部分组成。穹顶钢衬里由于形状规则、材质均匀，其理论重心位置与实际几何中心基本一致。但生根于钢衬里内侧的数十万项安全设施的布置受制于安全配置要求，无法实现均匀布置，因此造成穹顶整体吊装单元的理论重心位置与几何中心位置不一致的问题。迫切需要采取一种理论计算方法来完成穹顶吊装单元的理论重心位置计算，从而为穹顶吊装配重提供依据。

2 离散数学计算方法

2.1 离散数学

离散数学是研究离散量的结构及其相互关系的数学学科，是现代数学的一个重要分支，常应用于计算机学科领域。在离散数学的应用中，离散对象是离散数学中常见的内容，离散是指元素不能有效连接的元素。在离散数学的研究中，通常需要进一步找出离散变量的存在性，并根据该变量的存在特点，找出该问题有规则的计算步骤。

2.2 计算公式

在安全壳穹顶重心计算模型中，各个安全设施视为各个质点，将各个质点组成的整体视为安全壳整体吊装单元。那么，各质点的重力便组成空间平行力系，这力系的合力就是物体的重量。不论物体如何放置，其重力的合力作用线相对于物体总是通过一个确定的点，这个点即为物体的重心。利用离散数学理论研究各个离散的质点的空间分布的平行力系对整体所产生的作用。设物体由若干部分组成，其第i 部分重力为Pi，作用点（微小部分位置）的坐标为（xi，yi，zi），则可得物体的重心坐标为：

其中，xi，yi，zi分别为每个最小等密度单元在所定义坐标系下的三个方向的坐标值，xc，yc，zc为离散目标的平均重心坐标。

3 工程计算实践

依据上述理论，以某项目安全壳喷淋系统管道及支吊架为例开展工程计算。

3.1 计算准备

依据设计配置，某项目穹顶喷淋系统分为管道和支吊架两大类物项。管道总共4 条，重11.78 t，按离散数学模型理论可以拆分为直管、三通、弯头、弯管、Boss 头管座、喷头、法兰、螺栓及垫片等最小的等密度单元。支架共计40 个，重8.35 t，可以拆分为方钢、方钢封板、支架加强板、管夹、管夹凸耳、拉杆、拉杆焊接座及拉杆管夹等最小的等密度单元。管道及支吊架总共可拆分为1166 个最小等密度单元的离散目标，并将该离散目标列表（见图3）。